汽车车身骨架优化设计

南京工程学院

车辆工程系

本科毕业设计（论文）

题目：汽车车身骨架优化设计

专业：机械设计制造及其自动化（汽车技术）

班级： K汽车071 学号： xxxx

学生姓名：

指导教师：

起迄日期： 2011.2～2011.6

设计地点：工程实践中心 _

Graduation Design (Thesis) Optimal Design of Automobile Body Frame

By

Ji Jianke

Supervised by

Associate Prof. Chen Ruwen

Department of Vehicle Engineering

Nanjing Institute of Technology

June, 2011

摘要

汽车主要承载结构是车身骨架，在保证刚度和强度的前提下减轻车身骨架的重量对整车性能的提高有着重要的意义。拓扑优化是近年来结构优化研究领域中的前沿课题和热点问题,也是结构优化中的重点和难点。本文以越野车2046虚拟车身为研究对象，采用壳单元建立该车的车身骨架的详细有限元模型对其结构进行静态和动态有限元分析计算。根据得到的拓扑优化结果,同时充分考虑实际的装配和性能要求,完成越野车2046车身骨架的重新构建。对优化后的车身骨架模型进行有限元分析,将其动、静特性参数与原模型作比较。研究表明,经拓扑优化后的车身大骨架各项特性参数指标均有不同程度的提高。由此可得出结论，在实际工程研究中，基于有限元的拓扑优化技术应用于车身骨架设计方面是可行的，且具有很强的优势。

关键词：车身骨架设计；有限元；拓扑优化；ANSYS

ABSTRACT

The main bearing structure of an auto is body frame. Under the premise of ensuring stiffness and strength, reducing the weight of the vehicle body frame is important to improve the performance. Topology optimization is the forefront issues and hot issues of structural optimization research in recent years. It is also the importance and difficulty of the structural optimization. Basing on the virtual body of 2046 SUV, the detailed finite element model was established in shell elements. The stiffness and modal characters of the skeleton-type body are gained qualitatively through static and dynamic analysis in order to test and verify the design. The preliminary layout of the SUV 2046 body skeleton was completed according to the result of topology optimization in fully consideration of other practical assembly and performance requirements. The static and dynamic parameters of optimized body frame are obtained and compared with original design. The study shows that the performance parameters of the topologically optimized body frame are improved to varying degrees. So it can be concluded that in the actual engineering research the topological optimization method based on FEM is feasible on the design of vehicle body structure. And has a strong advantage.

Keywords：Body frame design, Finite element, Topological optimization method, ANSYS

目录

第一章绪论 (1)

1.1 研究意义和目的 (1)

1.2 研究现状 (1)

1.2.1 关于有限元分析法 (1)

1.2.2 拓扑优化的发展与现状 (2)

1.3 拓扑优化方法 (3)

1.4 本文结构 (3)

第二章越野车2046车身骨架的拓扑优化 (5)

2.1 结构拓扑优化的基本原理及分类 (5)

2.1.1 结构拓扑优化的基本原理 (5)

2.1.2 结构优化设计分类 (5)

2.2 ANSYS中拓扑优化的方法 (6)

2.2.1ANSYS中拓扑优化的方法 (6)

2.2.2ANSYS拓扑优化的步骤 (6)

2.3越野车2046车身结构分析 (7)

2.3.1越野车2046车身的由来 (7)

2.3.2 越野车2046车身的总布置 (8)

2.4越野车2046单元类型选择及边界条件模拟 (9)

2.4.1越野车2046车身模型有限元单元类型 (9)

2.4.2 模型边界条件的模拟 (11)

2.5 车身骨架优化空间模型 (12)

2.5.1车身骨架优化空间模型的建立 (12)

2.5.2优化空间模型网格划分 (14)

2.6 拓扑优化示例 (18)

2.7 车身的拓扑优化 (22)

2.7.1 车身拓扑优化参数的选择 (22)

2.7.2 车身拓扑优化过程的控制 (22)

2.7.3车体顶盖优化 (23)

2.7.4车体地板优化 (24)

2.8 越野车2046优化车身骨架模型的建立 (24)